????蜂鳴器是電路設(shè)計(jì)中常用的器件， 廣泛用于工業(yè)控制報(bào)、機(jī)房監(jiān)控、門禁控制、計(jì)算機(jī)
等電子產(chǎn)品作預(yù)警發(fā)聲器件， 驅(qū)動(dòng)電路也非常簡(jiǎn)單，然而很多人在設(shè)計(jì)時(shí)往往隨意設(shè)計(jì)，導(dǎo)
致實(shí)際電路中蜂鳴器不發(fā)聲、輕微發(fā)聲和亂發(fā)聲的情況發(fā)生。
????下面我們以3.3V NPN 三極管驅(qū)動(dòng)有源蜂鳴器設(shè)計(jì)， 從實(shí)際產(chǎn)品中分析電路設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，提出電路的改進(jìn)方案，使讀者能從小小的蜂鳴器電路中學(xué)會(huì)分析和改進(jìn)電路的方法， 從而設(shè)計(jì)出更優(yōu)秀的產(chǎn)品， 達(dá)到拋磚引玉的效果。

????圖 1 為典型的錯(cuò)誤接法，當(dāng) BUZZER 端輸入高電平時(shí)蜂鳴器不響或響聲太小。 當(dāng) I/O
口為高電平時(shí)，基極電壓為 3.3/4.7*3.3V≈2.3V，由于三極管的壓降 0.6~0.7V，則三極管射
極電壓為 2.3-0.7=1.6V， 驅(qū)動(dòng)電壓太低導(dǎo)致蜂鳴器無(wú)法驅(qū)動(dòng)或者響聲很小。
????圖 2 為第二種典型的錯(cuò)誤接法， 由于上拉電阻 R2， BUZZER 端在輸出低電平時(shí)，由于
電阻 R1 和 R2 的分壓作用，三極管不能可靠關(guān)斷。

????圖 3 為第四種錯(cuò)誤接法，三極管的高電平門檻電壓就只有 0.7V，即在 BUZZER 端輸入
電壓只要超過(guò)0.7V就有可能使三極管導(dǎo)通，顯然0.7V的門檻電壓對(duì)于數(shù)字電路來(lái)說(shuō)太低了，
在電磁干擾的環(huán)境下，很容易造成蜂鳴器鳴叫。
????圖 4 為第三種錯(cuò)誤接法， 當(dāng) CPU 的 GPIO 管腳存在內(nèi)部下拉時(shí)，由于 I/O 口存在輸入
阻抗， 也可能導(dǎo)致三極管不能可靠關(guān)斷， 而且和圖 3 一樣 BUZZER 端輸入電壓只要超過(guò) 0.7V就有可能使三極管導(dǎo)通。
1.2 NPN 三極管控制有源蜂鳴器常規(guī)設(shè)計(jì)

????圖 5 為通用有源蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路。 電阻 R1 為限流電阻，防止流過(guò)基極電流過(guò)大損壞
三極管。 電阻 R2 有著重要的作用， 第一個(gè)作用： R2 相當(dāng)于基極的下拉電阻。如果 A 端被
懸空則由于 R2 的存在能夠使三極管保持在可靠的關(guān)斷狀態(tài)，如果刪除 R2 則當(dāng) BUZZER 輸
入端懸空時(shí)則易受到干擾而可能導(dǎo)致三極管狀態(tài)發(fā)生意外翻轉(zhuǎn)或進(jìn)入不期望的放大狀態(tài)，造
成蜂鳴器意外發(fā)聲。第二個(gè)作用： R2 可提升高電平的門檻電壓。 如果刪除 R2，則三極管的
高電平門檻電壓就只有 0.7V，即 A 端輸入電壓只要超過(guò) 0.7V 就有可能導(dǎo)通，添加 R2 的情
況就不同了，當(dāng)從 A 端輸入電壓達(dá)到約 2.2V 時(shí)三極管才會(huì)飽和導(dǎo)通，具體計(jì)算過(guò)程如下：
????假定β =120 為晶體管參數(shù)的最小值，蜂鳴器導(dǎo)通電流是 15mA。那么集電極電流
IC=15mA。 則三極管剛剛達(dá)到飽和導(dǎo)通時(shí)的基極電流是 IB=15mA/120=0.125mA。流經(jīng) R2 的電流是 0.7V/3.3kΩ=0.212mA，流經(jīng) R1 的電流 IR1=0.212mA +0.125mA=0.337 mA。最后算出BUZZER 端的門檻電壓是 0.7V+0.337 mA× 4.7kΩ=2.2839 V≈2.3V。
????圖中的 C2 為電源濾波電容，濾除電源高頻雜波。 C1 可以在有強(qiáng)干擾環(huán)境下， 有效的
濾除干擾信號(hào)，避免蜂鳴器變音和意外發(fā)聲， 在 RFID 射頻通訊、 Mifare 卡的應(yīng)用時(shí)， 這里
初步選用 0.1uF 的電容， 具體可以根據(jù)實(shí)際情況選擇。
1.3 改進(jìn)方案

蜂鳴器竟然有 EMI 輻射？ ！ 在 NPN 3.3V 控制有源蜂鳴器時(shí)，在電路的 BUZZER 輸入
高電平，讓蜂鳴器鳴叫，檢測(cè)蜂鳴器輸入管腳（NPN 三極管的 C 極） 處信號(hào)，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器
在發(fā)聲時(shí)，向外發(fā)生 1.87KHz， -2.91V 的脈沖信號(hào)，如圖 6 所示。

????在電路的 BUZZER 輸入 20Hz 的脈沖信號(hào)，讓蜂鳴器鳴叫，檢測(cè)蜂鳴器輸入管腳處信號(hào)，
發(fā)現(xiàn)蜂鳴器在發(fā)聲時(shí)， 在控制電平上疊加了 1.87KHz， -2.92V 的脈沖信號(hào)，并且在蜂鳴器關(guān)
斷時(shí)出現(xiàn)正向尖峰脈沖（≥10V），如圖 7 所示。

????圖 7 中 1.87KHz， -2.92V 的脈沖信號(hào)應(yīng)該是有源蜂鳴器內(nèi)部震蕩源釋放出來(lái)的信號(hào)。
常用有源蜂鳴器主要分為壓電式、 電磁震蕩式兩種， iMX283 開發(fā)板上用的是壓電式
蜂鳴器， 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成，而多諧震蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成， 我們所用的蜂鳴器內(nèi)部含有晶體管震蕩電路（有興趣的朋友可以自己拆開看看）。
????有源蜂鳴器產(chǎn)生脈沖信號(hào)能量不是很強(qiáng)，可以考慮增加濾波電容將脈沖信號(hào)濾除。 在有源蜂鳴器的兩端添加一個(gè) 104 的濾波電容，脈沖信號(hào)削減到-110mV，如圖 8 所示，但頂部
信號(hào)由于電容充電過(guò)慢，有點(diǎn)延時(shí)。

消除蜂鳴器 EMI 輻射后改進(jìn)電路圖如圖 9 所示：

2. 兼容性設(shè)計(jì)
????作為標(biāo)準(zhǔn)電路，需要考慮電路的兼容性問(wèn)題，比如同樣耐壓不同功率的有源蜂鳴器，有
源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器的兼容性問(wèn)題。
2.1 兼容同樣耐壓不同功率的有源蜂鳴器電路設(shè)計(jì)
????為了電路的兼容性和可擴(kuò)展性，電路需要考慮兼容不同廠家和不同功率的蜂鳴器。同一
個(gè)耐壓的蜂鳴器主要是蜂鳴器的內(nèi)阻和工作電流不一樣，一般 3V~5V 耐壓的蜂鳴器，不同
功率的蜂鳴器導(dǎo)通電流是 10mA~80 mA。 我們按照最大功率的蜂鳴器去設(shè)計(jì)電路即可，即三
極管的推動(dòng)電流按照 80 mA 設(shè)計(jì)。
????假定：β＝120 為晶體管參數(shù)的最小值，蜂鳴器導(dǎo)通電流是 80 mA。那么集電極電流 IC
＝80 mA。 則三極管剛剛達(dá)到飽和導(dǎo)通時(shí)的基極電流 IB＝80mA／ 120＝0.667mA。流經(jīng) R2
的電流是 0.7V／ 3.3kΩ＝ 0.212mA，所以流經(jīng) R1 的電流應(yīng)該是 IR1=0.667mA +0.125mA
=0.792mA。 BUZZER 端的門檻電壓是設(shè)定在 2.2V，那么 R1=(2.2V-0.7V)/ 0.792mA=1.89K。電阻取常規(guī) 2K 即可。
????如果電路更換功率稍大一點(diǎn)的有源蜂鳴器，可以按照上面的計(jì)算方法計(jì)算 R1 的大小。
2.2 兼容有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器電路設(shè)計(jì)
????在電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往會(huì)碰到需求變更，比如項(xiàng)目前期，對(duì)蜂鳴器的發(fā)聲頻率沒(méi)有
要求，但后期有要求，需要更換為無(wú)源蜂鳴器，這時(shí)就需要修改電路圖，甚至修改 PCB，
這樣就增加了改動(dòng)成本、周期和風(fēng)險(xiǎn)。
????有源蜂鳴器和無(wú)源蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)電路區(qū)別主要在于無(wú)源蜂鳴器本質(zhì)上是一個(gè)感性元件，
其電流不能瞬變，因此必須有一個(gè)續(xù)流二極管提供續(xù)流。否則，在蜂鳴器兩端會(huì)有反向感應(yīng)
電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生幾十伏的尖峰電壓，可能損壞驅(qū)動(dòng)三極管，并干擾整個(gè)電路系統(tǒng)的其它部分。
而如果電路中工作電壓較大，要使用耐壓值較大的二極管，而如果電路工作頻率高，則要選
用高速的二極管。這里選擇的是 IN4148 的開關(guān)二極管。電路如圖 10 所示。